• Author / Uploaded
• Yenisey Márquez

Citation preview

PRÁCTICA 4 ELECTRÓNICA ANALÓGICA

FCE-BUAP

Dr. Roberto Ambrosio

APLICACIONES DEL DIODO: RECTIFICADOR OBJETIVOS • Demostrar la aplicación de diodos de tipo rectificador en circuitos rectificadores de media onda y onda completa. • Analizar teóricamente y de forma experimental el funcionamiento de los circuitos rectificadores anteriormente mencionados. • Realizar mediciones sobre circuitos rectificadores y comparar los resultados derivados de estas acciones con los obtenidos mediante análisis teórico. MATERIAL • • • • • • • • • • • • •

Osciloscopio. Multímetro. Puntas de prueba. Fuente de voltaje. 1 Clavija. 1 Transformador de 120 VCA a 12VCA ó 18VCA en el secundario con derivación central a 500 mA. Un puente rectificador a 1 A. 6 Diodos 1N4004 o IN4001 . 2 pares de Diodos zener para 3, 9 y 12 volts. 1 Capacitor de 1000 µF a 120 V, 1 capacitor a 1uF a 120V, y uno a 100uF 120V. Resistencias varias, mayores a 1KΩ. 1 resistencia a 680Ohms Tablilla de experimentación (protoboard).

• 1.1 INTRODUCCIÓN a) Explicar los procesos de rectificación (media onda y onda completa), incluya figuras (Esto es para su reporte.). 1.2 ACTIVIDAD INVESTIGACIÓN y en el REPORTE Instrucciones Siga detalladamente las instrucciones para cada uno de los puntos que se presentan a continuación. Conteste y/o resuelva lo que se le pide en los espacios correspondientes para cada pregunta. Hágalo de manera ordenada y clara. En el reporte agregue en el espacio asignado gráficas comparativas, análisis de circuitos, simulaciones en computadora, ecuaciones, cálculos, etc., según sea el caso. No olvide SEGUIR EL FORMATO IEEE con sus datos de identificación así como los datos relacionados con la práctica en cuestión, como número de práctica, titulo, fecha, etc. I) Lea detenidamente sus libros de texto (Bibliografía dada en clase), y en los libros de consulta, el material relacionado con circuitos rectificadores, y conteste lo siguiente: • Explique en que consiste el proceso de rectificación (aplicado a circuitos electrónicos) y ¿Cuál es la importancia del diodo en este proceso? • Describa tres aplicaciones practicas de los circuitos rectificadores 1._________________________________________________________________________ 2._________________________________________________________________________ 3._________________________________________________________________________ •

¿Cuáles son las principales funciones del transformador en los circuitos rectificadores?

• Considerando despreciables las pérdidas en el transformador de la figura, determine las ecuaciones que relacionan los voltajes, corrientes e impedancias en el primario y secundario en función de la relación de vueltas N2 y N1.

Figura 1 Representación de un transformador ideal

Para los circuitos rectificadores que se ilustran en las Figuras 2, 3 y 5 suponga que el voltaje total en el secundario del transformador tiene un valor efectivo (voltaje RMS) de 12 V. Dibuje las formas de onda de voltaje en la carga (RL) e indique su valor máximo, para los 3 tipos de rectificadores. Determine en cada caso el voltaje máximo de polarización inversa (PIV -Voltaje de Pico Inverso) en las terminales del diodo. Obtenga la expresión matemática que permita calcular el voltaje promedio en la carga para cada rectificador. Considerando diodos de silicio realice sus análisis en los siguientes espacios.

Llenar las siguientes tablas Tabla 1. Parámetros más importantes que debemos tener en cuenta en los rectificadores de media onda:

Investigar y colocar la formula

Tabla 2. Parámetros

Anotar para que sirve cada parametro

fundamentales en rectificadores de onda completa

Investigar y colocar la formula

Anotar para que sirve cada formula

1.3 DESARROLLO EXPERIMENTAL En esta sección se analizará primeramente el funcionamiento de un transformador el cual forma parte de los diferentes circuitos rectificadores de media onda y onda completa. Una vez entendido el funcionamiento del transformador, enseguida se analizan por separado cada uno los tres tipos de rectificadores. Este análisis se llevara a cabo realizando mediciones de voltaje y corriente usando los equipos de laboratorio. Entre otras cosas, se medirán formas de onda de voltaje, así como los valores efectivos y promedios de voltaje. Se determinará también el efecto del voltaje de polarización de los diodos sobre el voltaje en la carga para cada uno de los rectificadores. Nota: Para cada una de las mediciones y/o cálculos efectuados se deben agregar siempre las unidades respectivas, por ejemplo: para mediciones de voltaje utilizar V, mV, V (rms), etc; para las de corriente A, mA, A (rms), etc; para frecuencia utilizar Hz o rad/s, según el caso.

I) Circuito con transformador A continuación se presenta el procedimiento que servirá de guía durante el análisis del circuito con transformador que se ilustra en la Figura 6.

Figura 6. Circuito con transformador. a) Análisis del primario. Medir la forma de onda de voltaje en el primario del transformador y anéxela en el reporte, use el osciloscopio, compárelo con la simulación: NOTA: DEJE FLOTANDO LA PUNTA DE TIERRA DEL OSCILOSCOPIO, NO LA CONECTE, SOLO USE LA TERMINAL POSOSITIVA DE LA PUNTA (Agregue aquí la forma de onda del osciloscopio para el voltaje en el primario del transformador-FOTO) b) Observe la forma de onda anterior y mida el valor del voltaje pico (voltaje máximo).

c) A partir del voltaje pico, calcule analíticamente el valor efectivo (eficaz o rms) en el primario del transformador.

d) Realice las mediciones adecuadas y a partir de ellas obtenga la frecuencia de la señal de voltaje presente en el primario del transformador.

e) Análisis del secundario. Realice las mismas mediciones y cálculos analíticos de los incisos (a), (b), (c) y (d), pero ahora aplicados en el secundario del transformador, anote sus resultados en los siguientes recuadros: NOTA: DEJE FLOTANDO LA PUNTA DE TIERRA DEL OSCILOSCOPIO, NO LA CONECTE, SOLO USE LA TERMINAL POSOSITIVA DE LA PUNTA (Agregue aquí la forma de onda para el voltaje en el secundario del transformador-FOTO)

f) A partir del voltaje pico medido en el inciso anterior, calcule analíticamente el valor efectivo (eficaz o rms) en el secundario del transformador (con respecto a la derivación central). Anote estas mediciones en la casilla “Resultado de la medición”.

g) Compare estas últimas mediciones del voltaje efectivo con las obtenidas en el inciso e. A continuación proporcione una explicación que justifique estos resultados: h) Calculo de la relación de vueltas N. Utilizando los valores de las mediciones de voltaje efectivo, tanto en el primario como en el secundario, determine la relación de vueltas del transformador.

II) Circuito rectificador de media onda A continuación se presenta el procedimiento para llevar a cabo las mediciones de voltaje y corriente para el circuito rectificador de media onda que se ilustra en la Figura 7.

Figura  7  Circuito  rectificador  de  media  onda

a) Análisis del diodo. Empleando la instrumentación del lab mida la forma de onda de voltaje presente en las terminales del diodo, use el osciloscopio. Anexe esta forma de onda en el siguiente recuadro, comparelo con la simulación. (Agregue aquí la forma de onda para el voltaje en las terminales del diodo-FOTO) b) Para la forma de onda anterior, realice las siguientes mediciones:

c) Análisis en la carga RL. Mida la forma de onda de voltaje (vo) en la carga RL y anéxela en el siguiente recuadro: (Agregue aquí la forma de onda para el voltaje en la carga RL ) d) Observe la forma de onda anterior y mida el valor de voltaje pico (valor máximo).

e)  Con  la  medición  del  voltaje  pico  anterior,  calcule  analíticamente  la  corriente  pico  en  la  carga  RL

f) A partir de la medición del voltaje pico, calcule el valor promedio o de CD para la señal de voltaje en la carga RL.

g) Calcule analíticamente el valor promedio de la señal de corriente en la carga RL. Para ello, utilice el voltaje VDC obtenido en el punto anterior.

h) Realice las mediciones adecuadas en la señal de voltaje en la carga y a partir de ellas obtenga su frecuencia.

i) Utilizando la definición matemática de valor efectivo (eficaz o rms). Calcule, a partir de la forma de onda de voltaje, el valor efectivo del voltaje en la carga RL.

III) Circuito rectificador de onda completa A continuación se presenta el procedimiento para llevar a cabo las mediciones de voltaje y corriente para el circuito rectificador de onda completa que se ilustra en la Figura 8.

a) Análisis de los diodos. Mida la forma de onda de voltaje presente en las terminales de los diodos D1 y D2. Observe detenidamente estas formas de onda. A continuación, anexe las formas de onda en el siguiente recuadro y realice las mediciones que se indican más adelante-FOTO.

(Agregue aquí la forma de onda para el voltaje en las terminales del diodo D1 o D2) Comparelas con la simulación. b) Para la forma de onda anterior, realice las siguientes mediciones:

• En relación al voltaje de pico inverso obtenido en esta última medición, ¿esta usted seguro que el diodo empleado puede soportar este voltaje en sus terminales? Suponga ahora que este voltaje se incrementa por un factor de 10, debido a una falla del transformador ¿Soportará el diodo este incremento? Justifique sus respuestas. c) Análisis en la carga RL. Mida la forma de onda de voltaje (vo) en la carga RL y anéxela en el siguiente recuadro: (Agregue aquí la forma de onda para el voltaje en la carga RL ) d) Observe la forma de onda anterior y mida el valor de voltaje pico (valor máximo). e) Con la medición del voltaje pico anterior, calcule analíticamente la corriente pico en la carga RL. f) A partir de la medición del voltaje pico, calcule el valor promedio o de CD para la señal de voltaje en la carga RL. g) Calcule analíticamente el valor promedio de la señal de corriente en la carga RL. Para ello, utilice el voltaje VDC obtenido en el punto anterior.

h) Realice las mediciones adecuadas en la señal de voltaje en la carga y a partir de ellas obtenga su frecuencia. i) Utilizando la definición matemática de valor efectivo (eficaz o rms). Calcule, a partir de la forma de onda de voltaje, el valor efectivo del voltaje en la carga RL. IV) Circuito rectificador de onda completa en puente A continuación se presenta el procedimiento para llevar a cabo las mediciones de voltaje y corriente en el circuito de la figura 9

Figura  9  Circuito  rectificador  de  onda  completa  en  puente

a) Análisis de los diodos. Mida la forma de onda de voltaje presente en las terminales de los diodos D1, D2, D3 y D4. Compare detenidamente estas formas de onda y observe que salvo por el desfasamiento en el tiempo estas son iguales. Enseguida seleccione una de ellas y anéxela en el siguiente recuadro. (Agregue aquí la forma de onda para el voltaje en las terminales del diodo seleccionado-FOTO)

b) Para la forma de onda anterior, realice las siguientes mediciones:

c) Análisis en la carga RL. Mida la forma de onda de voltaje (vo) en la carga RL y anéxela en el siguiente recuadro: (Agregue aquí la forma de onda para el voltaje en la carga RL )

d) Observe la forma de onda anterior y mida el valor de voltaje pico (valor máximo).

e) Con la medición del voltaje pico anterior, calcule analíticamente la corriente pico en la carga RL.

f) Calcule, a partir de la medición del voltaje pico, el valor promedio o de CD para la señal de voltaje en la carga RL.

g) Calcule analíticamente el valor promedio de la señal de corriente en la carga RL. Para ello, utilice el voltaje VDC obtenido en el punto anterior.

h) Utilizando la definición matemática de valor efectivo (eficaz o rms). Calcule, a partir de la forma de onda de voltaje, el valor efectivo del voltaje en la carga RL.

V) Circuito rectificador de onda completa en puente y capacitor y RL 5.a) Utilizando las hojas de datos técnicos de fabricación, identificar las terminales del puente rectificador (o construya su puente de diodos), Tome foto e indique a que polaridad corresponde cada terminal, agregue al circuito rectificador de voltaje el capacitor (Filtro), teniendo cuidado de respetar la polaridad de las terminales, como se muestra en la figura 10.

Figura 10 Circuito rectificador con diodos y RL C b) Utilizando el Multímetro en modo de CD, medir el voltaje y la corriente en la resistencia de carga.

c. Añadir un capacitor de un 100 uF a la salida del circuito anterior como muestra la figura 10. d. Observe el voltaje de salida y guarde la imágen de los cambios en la salida. Mida el voltaje de rizo (pico a pico) y compare con los valor esperado. foto de la señal de salida en los puntos A y B. e. Mida los cambios en el voltaje de rizo al: a) duplicar la capacticancia, b) duplicar la resistencia de carga . Utilizando el osciloscopio, medir el factor de rizo del voltaje de salida Nota.-guarde sus imágenes en cada caso y comente en su reporte. f. En su informe, compare los resultados medidos con los esperados y los simulados y discuta el efecto de los cambios en el capacitor, resistor y frecuencia de entrada. Para completar la construcción de una fuente de potencia se pueden añadir otros filtros a la salida de este circuito y un regulador con diodo zener. Explique como el uso de otros filtros y el regulador zener puede ayudar a conseguir que la salida funcione mejor. Obtener la diferencia y el porcentaje de error entre el factor de rizo teórico y el medido experimentalmente.

VI Uso del Diodo zener a) Seleccione el diodo Zener de 3 volts y construya y simule el circuito de la figura

b) Partiendo de cero volts, varié el voltaje de la fuente de alimentación hasta obtener una corriente de resistencia de carga, mida la corriente en el diodo zener y en la resistencia de carga, y anote los resultados. c) Calcule el intervalo de variación de VAB en la resistencia de carga, el cual es constante dentro del rango de +/- 0.1 volts de su valor regulado. d) Mida la corriente IZ en el diodo zener y la corriente total IT dentro de este intervalo de variación de VAB. e) Repita los incisos b), c) y d) para diodos zener de 9 y 12 volts.

1.4 ACTIVIDADES FINALES 1) Para cada circuito rectificador, compare el voltaje de conducción y el voltaje de pico inverso en las terminales de los diodos. Complete la siguiente tabla. Tipo de circuito Rectificador de media onda Rect. de onda completa Puente Rectificador

Voltaje de conducción V D= V D= V D=

Voltaje de pico inverso VPIV= VPIV= VPIV=

2) Explique el efecto del voltaje de conducción de cada diodo en el voltaje de salida del rectificador. Además, explique si es posible ignorar el efecto de dicho voltaje 3) Explique el comportamiento que presenta el voltaje de pico inverso en cada circuito rectificador. 4) Compare los valores efectivos de voltaje en el primario y secundario del transformador con los medidos en la carga para cada circuito rectificador. También, para cada circuito rectificador, compare los valores de voltaje promedio obtenidos en la carga. Complete las siguientes tablas

5) En base a las tablas anteriores, proporcione una explicación para el comportamiento de los valores efectivos de voltaje medidos en el primario del transformador, en su secundario y en la carga RL. 6) Observe la tabla anterior e indique ¿cual rectificador es el que proporciona el mayor voltaje de CD? 7) Utilizando los resultados obtenidos directamente de las mediciones. Calcule la potencia promedio o de CD que disipa la carga RL. Calcule también su potencia máxima (presente en un instante de tiempo específico). Realice lo anterior para cada circuito rectificador. Indique además en el espacio correspondiente la ecuación o ecuaciones utilizadas para el cálculo de ambas potencias: Formulas para el cálculo de las potencias.

8) En base a la tabla anterior ¿que tipo de rectificador es el que proporciona una mayor potencia a la carga? Justifique su respuesta.

CONCLUSIONES INDIVIDUALES (POR INTEGRANTE DEL EQUIPO)

Bibliografia (ANOTE SUS FUENTE CONSULTADAS):

[1]  Electronic  Devices  (Chapter  1)Thomas  L.  Floyd,  Prentice  Hall,